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Articulo de referencia

Pixhawk

Uno de los primeros controladores de vuelo Pixhawk producidos comercialmente, fabricado por 3D Robotics. Pixhawk es un proyecto responsable de crear estándares de código abierto...

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Uno de los primeros controladores de vuelo Pixhawk producidos comercialmente, fabricado por 3D Robotics.

Pixhawk es un proyecto responsable de crear estándares de código abierto para el hardware de controladores de vuelo que se puede instalar en diversos vehículos aéreos no tripulados . Además, cualquier controlador de vuelo desarrollado según estos estándares abiertos suele incluir "Pixhawk" en su nombre y se le puede denominar así.

Descripción general

Cuadricóptero Holybro X500 con controlador de vuelo CubePilot basado en Pixhawk.

El controlador de vuelo de un vehículo no tripulado, también conocido como FC, FCB (placa de control de vuelo), FMU (unidad de gestión de vuelo) o piloto automático, es una combinación de hardware y software responsable de la interfaz con diversos sensores y sistemas de control a bordo para facilitar el control remoto o proporcionar un control totalmente autónomo. [ 1 ]

Los controladores de vuelo estandarizados Pixhawk se utilizan en aplicaciones académicas, profesionales y amateur, y son compatibles con dos opciones de firmware de piloto automático principales: PX4 y ArduPilot . Ambas opciones de firmware permiten una variedad de tipos de vehículos a través del sistema de controlador de vuelo Pixhawk, incluyendo opciones de configuración para barcos no tripulados, rovers, helicópteros, aviones, VTOL y multirrotores . [ 2 ] [ 3 ] Muchos fabricantes han adoptado diversas iteraciones del estándar Pixhawk, incluyendo Holybro y CubePilot. Consulte la tabla de hardware de UAV-systems para obtener una lista completa de los controladores de vuelo que han adoptado total o parcialmente el estándar Pixhawk.

Los controladores de vuelo Pixhawk suelen incluir uno o dos microcontroladores . En el caso de dos microcontroladores, un procesador principal de gestión de vuelo se encarga de todas las lecturas de los sensores , los cálculos PID y otros cálculos que consumen muchos recursos, mientras que el otro gestiona las operaciones de entrada/salida para los motores externos, los interruptores y los receptores de control por radio. [ 4 ] Los sensores integrados incluyen una IMU con un acelerómetro y giroscopio multieje , un magnetómetro que funciona como brújula y una unidad de seguimiento GPS para estimar la ubicación del vehículo.

Estándares

Los estándares Pixhawk dictan los requisitos de hardware para los fabricantes que desarrollan productos compatibles con el software de piloto automático PX4. Sin embargo, gracias a la adaptación de los controladores de vuelo Pixhawk por parte de ArduPilot, el estándar también garantiza la compatibilidad con ArduPilot. [ 5 ]

Los estándares abiertos consisten en un estándar de referencia principal para el piloto automático en cada iteración de la FMU Pixhawk, así como otros estándares que se aplican al ecosistema de control general de Pixhawk, como un estándar de bus de carga útil o un estándar de batería inteligente. [ 6 ]

Estándar de referencia del piloto automático

Esta es la sección principal de los estándares abiertos de Pixhawk, que contiene todas las especificaciones mecánicas y eléctricas para cada versión de la unidad de gestión de vuelo. Actualmente, se han publicado las versiones 1, 2, 3, 4, 4X, 5, 5X, 6X, 6U y 6C de los pilotos automáticos. [ 7 ] El estándar de diseño mecánico incluye dibujos dimensionales de la PCB de la FMU , los tipos de sensores seleccionados y sus ubicaciones, y las áreas que necesitan disipación de calor adicional. El estándar eléctrico incluye la asignación de pines de cada pin en el microcontrolador de procesamiento principal y con qué interfaz está configurado para comunicarse cada pin. [ 4 ]

Estándar de bus de piloto automático

El estándar de bus del piloto automático es una extensión del estándar de referencia del piloto automático específicamente para proporcionar más información sobre la fabricación de las versiones de referencia más recientes de Pixhawk FMU, como la 5X y la 6X. La razón principal es que estas son las primeras unidades de vuelo que incorporan un diseño de sistema en módulo , donde la carcasa del módulo del controlador de vuelo adopta la forma de un prisma compacto con un conjunto de conectores de 100 pines de altísima densidad entre el módulo y la placa base (visible en la parte inferior de la imagen de la derecha). La placa base permite a los usuarios conectar los periféricos necesarios (como motores, servos y radios) al controlador de vuelo, mientras que el diseño de sistema en módulo da como resultado un ordenador de vuelo fácilmente intercambiable. Además, este estándar de bus detalla las directrices de diseño de PCB para el sistema en módulo, junto con un catálogo de esquemas de referencia para las interfaces entre el módulo y la placa base. [ 8 ]

Estándar de conector

En el estándar de conectores, el proyecto Pixhawk especifica el uso del JST GH para la gran mayoría de las interfaces entre la placa controladora de vuelo y los periféricos conectables. Igualmente importante, el estándar define una convención para la asignación de pines visible para el usuario en los puertos de telemetría , GPS, bus CAN , SPI , alimentación y depuración. La información sobre la asignación de pines externos es fundamental para cualquier persona que desarrolle un vehículo con piloto automático, ya que una conexión incorrecta de los periféricos resulta, en el mejor de los casos, en un sistema inoperativo y, en el peor, en un entorno peligroso con hardware dañado. Si bien existe una gran variación dentro de la familia Pixhawk en cuanto a los puertos y tipos de puertos disponibles, la estandarización de la asignación de pines para las interfaces más populares es de gran ayuda para cualquier usuario que trabaje con múltiples generaciones de controladores de vuelo Pixhawk.

Otros estándares

Estándar de bus de carga útil

Aunque esta sección sirve como complemento del estándar de referencia principal del piloto automático, detalla concisamente cómo los estándares Pixhawk sugieren crear cargas útiles adicionales para vehículos que sean compatibles con un piloto automático Pixhawk. [ 9 ] Si bien no se aplica estrictamente a todos los fabricantes de cargas útiles para vehículos, esto facilita que los usuarios implementen cargas útiles y controladores de vuelo de diferentes fabricantes.

Estándar de batería inteligente

El estándar para baterías inteligentes aún no se ha publicado, pero definirá la interfaz entre una batería inteligente y una unidad de gestión de vuelo (FMU) Pixhawk. Dicho estándar definiría los protocolos de comunicación, los conectores y las capacidades de un sistema de gestión de baterías que se utilizaría en un vehículo operado por Pixhawk. [ 10 ]

Estándar de interfaz de radio

Aunque existen diversas soluciones de radio que pueden conectarse con un controlador de vuelo Pixhawk, el proyecto incluye una breve definición mecánica, eléctrica y de software para un sistema de comunicación por radio específico para Pixhawk. El estándar prevé que las conexiones entre las estaciones terrestres y los módulos de radio se realicen mediante USB o Ethernet , mientras que las conexiones entre radios locales y remotas podrían realizarse mediante enlaces de radiofrecuencia tradicionales o LTE . [ 11 ]

Historia

En 2008, Lorenz Meier, estudiante de máster en la ETH Zúrich , quiso crear un dron de interior capaz de utilizar visión artificial para desplazarse de forma autónoma y evitar colisiones con obstáculos. Sin embargo, dicha tecnología no existía, y mucho menos de una forma accesible para un estudiante universitario. Lorenz se sintió motivado por su participación en la categoría de autonomía en interiores de una competición europea de microvehículos aéreos. Con la ayuda del profesor Marc Pollefeys, reunió a un equipo de 14 personas que dedicaron nueve meses a crear hardware, firmware y software de alto nivel para el controlador de vuelo. El equipo, llamado "Pixhawk", ganó el primer puesto en su categoría en 2009, siendo los primeros competidores en implementar con éxito la visión artificial para la evitación de obstáculos. [ 12 ]

Al retomar el proyecto en años posteriores, Lorenz se dio cuenta de que no existían muchas herramientas en la industria que pudieran utilizarse para lograr lo que él y su equipo habían conseguido. Como resultado, el equipo de Pixhawk liberó todo el proyecto como código abierto. El software de control terrestre que permitía al equipo interactuar con el dron durante el vuelo, el protocolo de comunicación MAVLink , desarrollado a medida para transmitir telemetría a la estación terrestre, el software de piloto automático PX4, responsable del control del dron, y el hardware del controlador de vuelo Pixhawk, donde se ejecutaba el piloto automático, se pusieron a disposición del público para su posterior desarrollo. [ 13 ]

Con el tiempo, el proyecto lanzado comenzó a crecer. MAVLink fue adoptado por el proyecto de desarrollo de software de piloto automático de código abierto ArduPilot, y el software de control terrestre QGroundControl se utilizó posteriormente para interactuar con los sistemas MAVLink. Después de un par de reescrituras del código base y ciclos de desarrollo de hardware, Lorenz y un equipo mundial de mantenedores de código abierto pudieron brindar soporte a un fabricante que construiría un controlador de vuelo según sus estándares. En 2013, 3D Robotics se convirtió en el primer fabricante de controladores de vuelo Pixhawk comerciales, reduciendo oficialmente la barrera de entrada al vuelo autónomo para entusiastas y empresas de todo el mundo. [ 13 ] Ahora, cualquiera podía comprar un controlador de vuelo autónomo extremadamente capaz, flashearlo con el firmware gratuito y de código abierto PX4 o ArduPilot, y tener una plataforma de drones de nivel de investigación universitaria.

Lorenz atribuye gran parte del éxito de la plataforma Pixhawk a la comunidad de código abierto, ya que el poder de desarrollo combinado parecía ser mayor que el de una empresa con muchos recursos. [ 12 ] Para ayudar a estandarizar los diversos desarrollos del proyecto y garantizar que siguiera siendo accesible y de código abierto, se fundó la organización Dronecode en 2014. Dronecode es actualmente una organización sin ánimo de lucro que forma parte de la Linux Foundation y ha sido responsable de facilitar las conversaciones que definen los estándares de Pixhawk. [ 10 ]

Referencias

  1. ↑ Ebeid, Emad; Skriver, Martin; Jin, Jie (agosto de 2017). «Un estudio sobre plataformas de control de vuelo de código abierto para vehículos aéreos no tripulados». Conferencia Euromicro 2017 sobre Diseño de Sistemas Digitales (DSD) . IEEE. págs. 396–402 . doi : 10.1109/DSD.2017.30 . ISBN  978-1-5386-2146-2.
  2. ↑ "Tipos de vehículos compatibles con ArduPilot — Documentación de ArduPilot" . ardupilot.org . Consultado el 24 de julio de 2024 .
  3. ↑ "Tipos de vehículos y configuración | Guía de PX4 (principal)" . docs.px4.io . Consultado el 24/07/2024 .
  4. 1 2 "Pixhawk-Standards/DS-012 Pixhawk Autopilot v6X Standard.pdf en master · pixhawk/Pixhawk-Standards" (PDF) . GitHub . Recuperado el 18-08-2024 .
  5. ↑ "Cómo elegir un piloto automático: documentación de Copter" . ardupilot.org . Consultado el 25 de julio de 2024 .
  6. ↑ pixhawk/Pixhawk-Standards , Pixhawk, 25-07-2024 , consultado el 25-07-2024
  7. ↑ "Pixhawk-Standards/DS-010 Pixhawk Autopilot Bus Standard.pdf en master · pixhawk/Pixhawk-Standards" (PDF) . GitHub . Consultado el 18 de agosto de 2024 .
  8. ↑ "Pixhawk-Standards/DS-010 Pixhawk Autopilot Bus Standard.pdf en master · pixhawk/Pixhawk-Standards" (PDF) . GitHub . Consultado el 19 de agosto de 2024 .
  9. ↑ "Pixhawk-Standards/DS-014 Pixhawk Payload Bus Standard.pdf en 8b904c75e3a7aa62c074cc7721b944df4efb9d1a · pixhawk/Pixhawk-Standards" (PDF) . GitHub . Consultado el 25 de julio de 2024 .
  10. 1 2 "Estándares" . Pixhawk . Consultado el 19 de agosto de 2024 .
  11. ↑ "Pixhawk-Standards/DS-017 Pixhawk Radio Interface Standard.pdf en master · pixhawk/Pixhawk-Standards" (PDF) . GitHub . Consultado el 19 de agosto de 2024 .
  12. 1 2 "La historia de Pixhawk | Auterion" . 22 de abril de 2020. Consultado el 19 de agosto de 2024 .
  13. 1 2 "La historia de lo que impulsa la industria de drones actual: Pixhawk | Auterion" . 1 de febrero de 2022. Consultado el 19 de agosto de 2024 .
  • Sitio web oficial
  • Repositorio oficial en GitHub
  • Página principal del software de piloto automático PX4
  • Página principal del software de piloto automático ArduPilot